JP3178192B2 - 冷凍サイクルの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒として沸点が異な
る２種類以上の冷媒を所定の比率で混合した非共沸混合
冷媒を用いた冷凍サイクルの制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護の立場から、オゾン
層を破壊するフロンに対する規制が強化されてきてお
り、特に破壊力が大きなＣＦＣ（クロロフルオロカーボ
ン）については１９９５年末に全廃が決定しており、ま
た破壊力が比較的小さなＨＣＦＣ（ハイドロクロロフル
オロカーボン）についても１９９６年より総量規制が開
始され、将来的には全廃されることが決定している。し
たがって、冷媒としてフロンを用いた機器について、そ
の代替冷媒の開発が進められており、オゾン層を破壊し
ないＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）が検討されて
いるが、冷凍機や空調機に用いられているＨＣＦＣの代
替冷媒として単独で用いることのできるものはＨＦＣの
中には見あたらず、したがって２種類以上のＨＦＣ系冷
媒を混合させた非共沸の混合冷媒が有望視されている。

【０００３】従来、ＣＦＣやＨＣＦＣ等の単一冷媒を用
いた冷凍機や空気調和機等の冷凍サイクルは、ＣＯＰ
（成績係数）を向上させ、圧縮機の信頼性を確保するた
めにスーパーヒート制御を行っていた。

【０００４】以下、図面を参照しながら従来の冷凍サイ
クルの制御について説明する。図１３は、従来の冷凍機
や空気調和機等の冷凍サイクル図である。同図におい
て、１は圧縮機、２は凝縮器、３はステッピングモータ
を用いて弁開度をパルス制御可能とした電動膨張弁、４
は蒸発器であり、これらは順に環状に連結されている。
また、５は凝縮器２と電動膨張弁３とを結ぶ管路に一端
を接続し、他端を蒸発器４と圧縮機１とを結ぶ管路に接
続したバイパス回路であり、このバイパス回路５には補
助絞り６が設けられている。さらに、バイパス回路５お
よび圧縮機１の吸入側の管路上にそれぞれ温度センサ
８、９が配設されており、この温度センサ８、９によっ
て検出された温度から弁開度演算回路１２にて電動膨張
弁３の弁開度を演算して弁開度信号を送出し、この弁開
度信号を受けて膨張弁駆動回路１３にて電動膨張弁３の
弁開度を制御する。

【０００５】図１４は、この冷凍サイクルをＰ−ｈ（モ
リエル）線図上にあらわしたもので、同図におけるＡ、
Ｂ、Ｃの記号のポイントは、図１３のＡ、Ｂ、Ｃの位置
の冷媒の状態を示す。同図から明らかなように、ポイン
トＣでは気液２相状態であるため、冷媒の温度はポイン
トＢの冷媒の飽和蒸気温度ＴＳである。したがって、温
度センサ８で検出した温度ＴＳと温度センサ９で検出し
た温度Ｔ２の差（Ｔ２−ＴＳ）が、圧縮機１に吸入され
る冷媒のスーパーヒート量△Ｔをあらわす。

【０００６】次に、この冷凍サイクルの制御を説明す
る。図１５は、スーパーヒート量△Ｔと電動膨張弁３の
弁開度変更量との関係を示す図であり、温度センサ８と
９で検出した温度信号ＴＳ、Ｔ２より所定周期毎に弁開
度演算回路１２でスーパーヒート量△Ｔを算出し、図１
５に示す関係にしたがって（スーパーヒート量△Ｔが設
定値より大きい場合は弁開度を大きくし、設定値より小
さい場合は弁開度を小さくする）、電動膨張弁３の弁開
度信号を膨張弁駆動回路１３に送出し、膨張弁駆動回路
１３にて電動膨張弁３の弁開度を制御してスーパーヒー
ト量△Ｔを設定値に保つ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の冷凍サイクルの制御装置には以下のような課題があ
った。

【０００８】すなわち、圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の時
はスーパーヒート量△Ｔを算出することができるが、湿
り蒸気となった場合は吸入冷媒の乾き度が変化しても常
にスーパーヒート量△Ｔ＝０となってしまう。したがっ
て、吸入冷媒が過熱蒸気の場合は上記制御によりスーパ
ーヒート量△Ｔに応じた制御が可能であるが、湿り蒸気
となった場合は乾き度による制御は不可能であり、スー
パーヒート量の設定値が小さく飽和蒸気温度に近い場合
には制御性が悪く、また吸入冷媒の乾き度を所定値に保
つような制御は不可能であった。

【０００９】また、図１６は、冷媒として非共沸混合冷
媒を用いた場合の冷凍サイクルをＰ−ｈ（モリエル）線
図上にあらわしたもので、同図におけるＡ、Ｂ、Ｃの記
号のポイントは、図１３のＡ、Ｂ、Ｃの位置の冷媒の状
態を示す。ここで、ポイントＢにおけるスーパーヒート
量は、ポイントＢの温度とその飽和蒸気温度（ポイント
Ｅ）との差で求めることができる。ここで、単一冷媒の
場合は図１４に示すようにポイントＣの温度は飽和蒸気
温度と同じであるが、非共沸混合冷媒の場合は図１６に
示すように、２相域での等温線は右下がりの線となって
いるため、ポイントＣの温度は飽和蒸気温度（ポイント
Ｅ）の温度よりも低い。したがって、温度センサ８と９
で検出した温度信号Ｔ１、Ｔ２から算出した△Ｔは真の
スーパーヒート量よりも大きな値となってしまい、この
状態で設定値に保つ制御を行うために冷媒は、実際のス
ーパーヒート量が設定値よりも低い状態か若しくは湿り
蒸気の状態で圧縮機に吸入される。

【００１０】このため、液圧縮による圧縮機信頼性の低
下やＣＯＰの低下を招くおそれがあった。

【００１１】本発明の冷凍サイクルの制御装置は上記課
題に鑑み、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルにおい
て、冷凍サイクルの構成を複雑にすることなく圧縮機吸
入冷媒の冷媒状態を精度よく検出することを目的とし、
これにより最適な冷凍サイクル制御の実現を図るもので
ある。

【００１２】また、本発明の他の冷凍サイクルの制御装
置は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルにおいて、
圧縮機吸入冷媒スーパーヒート量若しくは乾き度を用い
て減圧量可変減圧器の制御を行うことを目的とし、これ
により最適な冷凍サイクル制御の実現を図るものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の冷凍サイクルの制御装置は、冷媒として沸点
が異なる２種類以上の冷媒を所定の比率で混合した非共
沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を
順に配管にて環状に連結して冷媒回路を構成し、凝縮器
出口から減圧器出口に至る管路に一端を接続し、他端を
蒸発器出口から圧縮機入口に至る管路に接続したバイパ
ス回路を配設し、このバイパス回路に上流側から順に補
助減圧器、冷媒加熱手段、バイパス回路冷媒温度検出手
段を設け、冷媒加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御
手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒温度を
所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度を判別
する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口に至る
管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機
吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検出手段
で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の
時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度
を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態算出
手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイクルの
制御を行う制御手段を有するものである。

【００１４】また、本発明の他の冷凍サイクルの制御装
置は、冷媒として沸点が異なる２種類以上の冷媒を所定
の比率で混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮
器、減圧器、蒸発器を順に配管にて環状に連結して冷媒
回路を構成し、凝縮器出口から減圧器出口に至る管路に
一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入口に至る
管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパス回
路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイパス
回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口から冷媒
温度検出手段設置位置に至る管路の一部と前記圧縮機出
口から前記凝縮器入口に至る管路の一部とを熱交換的に
接続し、前記補助減圧器の減圧量を制御する減圧量制御
手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒温度を
所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度を判別
する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口に至る
管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機
吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検出手段
で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の
時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度
を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態算出
手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイクルの
制御を行う制御手段を有するものである。

【００１５】また、本発明の他の冷凍サイクルの制御装
置は、冷媒として沸点が異なる２種類以上の冷媒を所定
の比率で混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮機、凝縮
器、減圧器、蒸発器を順に配管にて環状に連結して冷媒
回路を構成し、凝縮器出口から減圧器出口に至る管路に
一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入口に至る
管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパス回
路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイパス
回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口からバイ
パス回路冷媒温度検出手段設置位置に至る管路の一部を
前記蒸発器内に配設し、前記補助減圧器の減圧量を制御
する減圧量制御手段、バイパス回路冷媒温度検出手段に
より冷媒温度を所定周期で検出してその変化量より飽和
蒸気温度を判別する判別手段を有し、蒸発器出口から圧
縮機入口に至る管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設
け、この圧縮機吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷
媒温度検出手段で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷
媒が過熱蒸気の時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸
気の時は乾き度を算出する冷媒状態算出手段を有し、こ
の冷媒状態算出手段により算出された冷媒状態を用いて
冷凍サイクルの制御を行う制御手段を有するものであ
る。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】本発明は、上記手段により次のような作用を有
する。

【００１９】すなわち、凝縮器出口から減圧器出口に至
る管路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入
口に至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバ
イパス回路に上流側から順に補助減圧器、冷媒加熱手
段、バイパス回路冷媒温度検出手段を設け、冷媒加熱手
段の加熱量を制御する加熱量制御手段、バイパス回路冷
媒温度検出手段により冷媒温度を所定周期で検出してそ
の変化量より飽和蒸気温度を判別する判別手段を有し、
蒸発器出口から圧縮機入口に至る管路に圧縮機吸入冷媒
温度検出手段を設け、この圧縮機吸入冷媒温度検出手段
とバイパス回路冷媒温度検出手段で検出された温度を用
いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の時はスーパーヒート量
を算出し、湿り蒸気の時は乾き度を算出する冷媒状態算
出手段を有し、この冷媒状態算出手段により算出された
冷媒状態を用いて冷凍サイクルの制御を行う制御手段を
有することで、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルに
おいて、冷凍サイクルの構成を複雑にすることなく圧縮
機吸入冷媒の状態を精度よく検出することができ、これ
により最適な冷凍サイクル制御の実現を図ることができ
る。

【００２０】また、凝縮器出口から減圧器出口に至る管
路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入口に
至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパ
ス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイ
パス回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口から
冷媒温度検出手段設置位置に至る管路の一部と前記圧縮
機出口から前記凝縮器入口に至る管路の一部とを熱交換
的に接続し、前記補助減圧器の減圧量を制御する減圧量
制御手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒温
度を所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度を
判別する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口に
至る管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧
縮機吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検出
手段で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸
気の時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾
き度を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態
算出手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイク
ルの制御を行う制御手段を有することで、冷凍サイクル
中の熱を利用することができるので新たに加熱手段を付
加することなく圧縮機吸入冷媒の状態を精度よく検出す
ることができ、これにより最適な冷凍サイクル制御の実
現を図ることができる。

【００２１】また、凝縮器出口から減圧器出口に至る管
路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入口に
至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパ
ス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイ
パス回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口から
冷媒温度検出手段設置位置に至る管路の一部を前記蒸発
器内に配設し、前記補助減圧器の減圧量を制御する減圧
量制御手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒
温度を所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度
を判別する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口
に至る管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この
圧縮機吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検
出手段で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱
蒸気の時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は
乾き度を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状
態算出手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイ
クルの制御を行う制御手段を有することで、高温の加熱
源と熱交換せずにバイパス回路の冷媒を過熱蒸気にする
ことができるので、短時間で圧縮機吸入冷媒の状態を精
度よく検出することができ、これにより最適な冷凍サイ
クル制御の実現を図ることができる。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参考
に説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと同
一の機能を有するものには同一の番号を付して詳細な説
明は省略する。

【００２５】図１は、本発明の第１の実施例における冷
凍サイクル図である。同図において、１は圧縮機、２は
凝縮器、３は電動膨張弁、４は蒸発器であり、これらは
順に環状に連結されており、冷媒として非共沸混合冷媒
を用いている。また、５は凝縮器２と電動膨張弁３とを
結ぶ管路に一端を接続し、他端を蒸発器４と圧縮機１と
を結ぶ管路に接続したバイパス回路であり、このバイパ
ス回路５には補助絞り６が設けられている。また、補助
絞り６の下流側には冷媒を加熱する加熱ヒータ７が取り
付けられている。さらに、バイパス回路５および圧縮機
１の吸入側の管路上にそれぞれ温度センサ８、９が配設
されている。１０は、加熱ヒータのオン、オフを制御す
る加熱ヒータ制御回路であり、１１は加熱ヒータ制御回
路１０へ制御信号を送出し、温度センサ８で検出した温
度Ｔ１より飽和蒸気温度ＴＳを算出する飽和蒸気温度算
出回路である。飽和蒸気温度算出回路１１で算出された
ＴＳと温度センサ９によって検出された温度Ｔ２とを弁
開度演算回路１２に送出し、ここでＴ２≧ＴＳならばス
ーパーヒート量を算出し、Ｔ２＜ＴＳならば湿り蒸気で
あると判断してその乾き度を算出し、算出したスーパー
ヒート量若しくは乾き度より電動膨張弁３の開度を演算
して弁開度信号を送出し、この弁開度信号を受けて膨張
弁駆動回路１３にて電動膨張弁３の弁開度を制御する。

【００２６】次に、この飽和蒸気温度算出回路１１での
飽和蒸気温度算出の方法について説明する。図２は、こ
の冷凍サイクルをＰ−ｈ（モリエル）線図上にあらわし
たもので、同図におけるＡ、Ｂの記号のポイントは、図
１のＡ、Ｂの位置の冷媒の状態を示す。ここで、加熱ヒ
ータ７がオフの場合、温度センサ８近傍の冷媒は図２の
ポイントＣの状態である。加熱ヒータ７をオンにする
と、冷媒は加熱されて冷媒の状態は矢印ａの方向に移動
し、ポイントＤの状態となる。ここで再び加熱ヒータ７
をオフにすると冷媒の状態は矢印ｂの方向に移動し、再
びポイントＣの状態となる。この時、図２に示す等温線
より明らかなように、加熱域を移動する時は温度低下の
速度が大きく、２相域に入ると温度低下の速度が急に緩
やかになる。図３は、温度センサ８で検出した冷媒温度
Ｔ１の時間変化を示す。同図のＴＣ、ＴＤは、図２の
Ｃ、Ｄのポイントの状態の冷媒温度である。同図から明
らかなように、加熱ヒータ７がオフになると冷媒温度は
急激に低下するが、２相域に入ると温度低下が急に緩や
かになる。この傾きが変化する時刻ｔｓａの温度が飽和
蒸気温度ＴＳである。したがって、加熱ヒータ７がオフ
になってから所定周期毎に温度センサ８で冷媒温度Ｔ１
を検出し、前回検出した冷媒温度Ｔ１との差の絶対値が
所定値以下になった時の温度を飽和蒸気温度とすること
で検出可能である。

【００２７】また、飽和蒸気温度がわかると公知の冷媒
物性推算方法よりその時の冷媒圧力を算出することが可
能である。そして、図２より明らかなように、非共沸混
合冷媒の場合は、２相域では同一圧力でも乾き度によっ
てその温度が異なる。すなわち、２相域では圧力と温度
がわかれば、乾き度を算出することができる。したがっ
て、圧縮機吸入冷媒が湿り蒸気の場合、その乾き度をｘ
とするとｘは、飽和蒸気温度ＴＳと圧縮機吸入冷媒温度
Ｔ２の関数ｘ＝ｆ（ＴＳ，Ｔ２）であらわすことがで
き、あらかじめ、関数を作成しておけば、乾き度を算出
することが可能である。

【００２８】次に、この冷凍サイクルの制御装置におけ
る具体的な制御について説明する。図４および図５は、
この冷凍サイクルの制御装置の具体的な制御のフロー図
であり、図４は飽和蒸気温度算出回路１１での制御のフ
ローを、また図５は弁開度演算回路１２での制御のフロ
ーをそれぞれ示す。また、図６は、スーパーヒート量△
Ｔ、乾き度ｘと電動膨張弁３の弁開度変更量との関係図
を示す。まず、弁開度演算回路１２より所定周期毎にＴ
Ｓ送出の要求を受けると、加熱ヒータ７をオンとする。
そして、温度センサ８で検出した温度Ｔ１が図２に示す
ＴＤまで上昇すると、加熱ヒータ７をオフとして所定周
期ｔ１毎にＴ１を検出し、直前に検出した温度Ｔｍとの
差（変化量）の絶対値｜Ｔ１−Ｔｍ｜が所定値Ｋより小
さくなると、この時の冷媒温度Ｔ１が飽和蒸気温度ＴＳ
であると判断してＴＳ＝Ｔ１とし、ＴＳの温度信号を弁
開度演算回路１２に送出する。弁開度演算回路１２で
は、まず温度センサ９で検出した圧縮機吸入冷媒の温度
Ｔ２と飽和蒸気温度ＴＳを比較し、Ｔ２≧ＴＳならば過
熱蒸気であると判断してスーパーヒート量△Ｔを算出
し、Ｔ２＜ＴＳならば湿り蒸気であると判断してその乾
き度を算出し、算出したスーパーヒート量若しくは乾き
度より図６に示す関係にしたがって電動膨張弁３の開度
を演算して膨張弁駆動回路１３に弁開度信号を送出し、
この弁開度信号を受けて膨張弁駆動回路１３にて電動膨
張弁３の弁開度を制御する。

【００２９】このように、冷媒として非共沸混合冷媒を
用いた場合でも、冷凍サイクルの構成を複雑にすること
なく圧縮機吸入冷媒の飽和蒸気温度を精度よく検出する
ことができ、これにより最適な冷凍サイクル制御の実現
を図ることができる。さらに、圧縮機吸入冷媒が湿り蒸
気の場合には乾き度を求めることができるため、スーパ
ーヒート量の設定値が小さく飽和蒸気温度に近い場合で
も安定した制御を行うことができ、また吸入冷媒の乾き
度を所定値に保つような制御も可能である。

【００３０】次に、本発明の第２の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図７は、本発明の第２の実
施例における冷凍サイクル図である。第１の実施例と異
なる点は、バイパス回路５上の補助絞り６、加熱ヒータ
７および加熱ヒータ制御回路１０をなくし、バイパス回
路５上に膨張弁駆動回路１３によって弁開度を制御可能
な電動膨張弁１４を設け、その下流側の管路の一部を圧
縮機１と凝縮器２とを結ぶ管路と熱交換可能な熱交換部
１５を設けたものである。

【００３１】この冷凍サイクルの制御装置における飽和
蒸気温度算出の方法について説明する。本実施例では、
圧縮機１から吐出された高温の冷媒ガスによりバイパス
回路５の冷媒を加熱するため、加熱量の制御はできな
い。したがって、電動膨張弁１４の弁開度を制御してバ
イパス回路５を流れる冷媒の循環量を制御して第１の実
施例と同様に飽和蒸気温度を算出する。すなわち、最初
に電動膨張弁１４の弁開度を小さくして、冷媒温度Ｔ１
を図３におけるＴＤまで上昇させる。Ｔ１がＴＤまで上
昇したら、次に所定周期毎に電動膨張弁１４の弁開度を
所定量ずつ大きくし、冷媒温度Ｔ１を検出する。そうす
ると、第１の実施例と同様に冷媒温度は急激に低下する
が、２相域に入ると温度低下が急に緩やかになる。この
傾きが変化する時刻ｔｓａの温度が飽和蒸気温度ＴＳで
ある。したがって、冷媒温度Ｔ１がＴＤまで到達した
後、所定周期毎に温度センサ８で冷媒温度Ｔ１を検出
し、前回検出した冷媒温度Ｔ１との差の絶対値が所定値
以下になった時の温度を飽和蒸気温度とすることで検出
可能である。

【００３２】次に、この冷凍サイクルの制御装置におけ
る具体的な制御について説明する。図８は、飽和蒸気温
度算出回路１１での制御のフロー図である。まず、弁開
度演算回路１２より所定周期毎にＴＳ送出の要求を受け
ると、温度センサ８で検出した温度Ｔ１が図２に示すＴ
Ｄに上昇するまで所定周期ｔ２毎に膨張弁駆動回路１３
に信号を発して電動膨張弁１４の弁開度をＫ２パルスず
つ絞っていく。そして、冷媒温度Ｔ１が図２に示すＴＤ
まで上昇すると、所定周期ｔ３毎に膨張弁駆動回路１３
に信号を発して電動膨張弁１４の弁開度を大きくしてい
くと共にＴ１を検出し、直前に検出した温度Ｔｍとの差
（変化量）の絶対値｜Ｔ１−Ｔｍ｜が所定値Ｋより小さ
くなると、この時の冷媒温度Ｔ１が飽和蒸気温度ＴＳで
あると判断してＴＳ＝Ｔ１とし、ＴＳの温度信号を弁開
度演算回路１２に送出する。弁開度演算回路１２では、
図５に示す第１の実施例の場合と同様にして電動膨張弁
３の開度を演算し、膨張弁駆動回路１３に弁開度信号を
送出し、この弁開度信号を受けて膨張弁駆動回路１３に
て電動膨張弁３の弁開度を制御する。

【００３３】このように、冷媒として非共沸混合冷媒を
用いた場合でも、冷凍サイクル中の熱を利用することが
できるので新たに加熱手段を付加することなく圧縮機吸
入冷媒の飽和蒸気温度を精度よく検出することができ、
これにより最適な冷凍サイクル制御の実現を図ることが
できる。さらに、圧縮機吸入冷媒が湿り蒸気の場合には
乾き度を求めることができるため、スーパーヒート量の
設定値が小さく飽和蒸気温度に近い場合でも安定した制
御を行うことができ、また吸入冷媒の乾き度を所定値に
保つような制御も可能である。

【００３４】次に、本発明の第３の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図９は、本発明の第３の実
施例における冷凍サイクル図である。第２の実施例と異
なる点は、バイパス回路５上の電動膨張弁１４の下流側
の管路の一部を蒸発器４内を通過させて冷媒を蒸発させ
る補助蒸発器１６を設けたことである。

【００３５】この冷凍サイクルの制御装置における飽和
蒸気温度算出の方法について説明すると、まず最初に電
動膨張弁１４の弁開度を小さくして、冷媒温度Ｔ１を図
３におけるＴＤまで上昇させる。Ｔ１がＴＤまで上昇し
たら、次に所定周期毎に電動膨張弁１４の弁開度を所定
量ずつ大きくし、冷媒温度Ｔ１を検出し、以下第２の実
施例と同様にして飽和蒸気温度ＴＳを求め、ＴＳの温度
信号を弁開度演算回路１２に送出する。なお、具体的な
制御については図８に示す第２の実施例の制御のフロー
図と同じであるため説明は省略する。また、弁開度演算
回路１２では、図５に示す第１の実施例の場合と同様に
して電動膨張弁３の開度を演算し、膨張弁駆動回路１３
に弁開度信号を送出し、この弁開度信号を受けて膨張弁
駆動回路１３にて電動膨張弁３の弁開度を制御する。

【００３６】第２の実施例においては、バイパス回路５
の冷媒は圧縮機１から吐出された高温の冷媒ガスにより
加熱されるため、図３に示すＴＤはかなり高温となるの
に対し、本実施例では冷媒を蒸発させるため、過熱域に
入っても雰囲気温度以上にはならず、したがって比較的
低温で安定する。そのため、冷媒温度がＴＤからＴＳに
到達するまでの時間が短く、短時間で飽和蒸気温度ＴＳ
を求めることができる。

【００３７】このように、冷媒として非共沸混合冷媒を
用いた場合でも、冷凍サイクル中の熱を利用することが
できるので新たに加熱手段を付加することなく圧縮機吸
入冷媒の飽和蒸気温度を精度よく、しかも短時間で検出
することができ、これにより最適な冷凍サイクル制御の
実現を図ることができる。

【００３８】さらに、圧縮機吸入冷媒が湿り蒸気の場合
には乾き度を求めることができるため、スーパーヒート
量の設定値が小さく飽和蒸気温度に近い場合でも安定し
た制御を行うことができ、また吸入冷媒の乾き度を所定
値に保つような制御も可能である。

【００３９】次に、本発明の第４の実施例について、図
面を参照しながら説明する。図１０は、本発明の第４の
実施例における冷凍サイクル図である。第３の実施例と
異なる点はバイパス回路５およびバイパス回路５上の電
動膨張弁１４、補助蒸発器１６、温度センサ８をなく
し、圧縮機１の吸入側冷媒の圧力を検出する圧力センサ
１７を新たに設けたことである。

【００４０】この冷凍サイクルの制御装置における飽和
蒸気温度算出の方法について、図１１を用いて説明す
る。図１１は、本実施例における制御のフロー図であ
る。まず、弁開度演算回路１２より所定周期毎にＴＳ送
出の要求を受けると、圧力センサ１７で、圧縮機吸入冷
媒の圧力ＰＳを検出する。冷媒圧力がわかると公知の冷
媒物性推算方法よりその時の飽和蒸気温度を算出するこ
とが可能である。したがってあらかじめ関数を作成して
おき、圧縮機吸入冷媒の圧力ＰＳより飽和蒸気温度ＴＳ
を算出し、ＴＳの温度信号を弁開度演算回路１２に送出
する。弁開度演算回路１２では、図５に示す第１の実施
例の場合と同様にして電動膨張弁３の開度を演算し、膨
張弁駆動回路１３に弁開度信号を送出し、この弁開度信
号を受けて膨張弁駆動回路１３にて電動膨張弁３の弁開
度を制御する。本実施例においては、圧力センサ１７を
配設することで、バイパス回路５をなくすことができる
ため、簡単な構成で圧縮機吸入冷媒の飽和蒸気温度を精
度よく、しかも短時間で算出することができ、これによ
り最適な冷凍サイクル制御の実現を図ることができる。

【００４１】さらに、圧縮機吸入冷媒が湿り蒸気の場合
には乾き度を求めることができるため、スーパーヒート
量の設定値が小さく飽和蒸気温度に近い場合でも安定し
た制御を行うことができ、また吸入冷媒の乾き度を所定
値に保つような制御も可能である。

【００４２】なお、上記第１〜第４の実施例において、
ヒートポンプサイクルの場合は、四方弁を切り換えて蒸
発器と凝縮器が入れ替わっても、バイパス回路の一端を
常に凝縮器出口から減圧器出口に至る管路に接続するよ
うにしておけば、本発明の冷凍サイクルの制御装置を構
成することが可能である。例えば、減圧器を２つに分割
して２つの減圧器間へバイパス回路の一端を接続してお
けば、凝縮器と蒸発器が入れ替わっても常に中間圧の冷
媒をバイパス回路に流すことができる。また、図１２
は、本発明の冷凍サイクルの制御装置をヒートポンプサ
イクルに適用した場合の冷凍サイクル図の一例を示す。
同図において１８、１９は逆止弁であり、２０は四方弁
である。このような冷媒回路を組めば、熱交換器２ａが
凝縮器の時は冷媒は実線のように流れ、また熱交換器４
ａが凝縮器の時は冷媒は破線のように流れる。したがっ
て、常に高圧の液冷媒をバイパス回路に流すことがで
き、本発明の冷凍サイクルの制御装置を構成することが
可能である。

【００４３】また、上記第１〜第４の実施例において
は、算出した圧縮機吸入冷媒のスーパーヒート量や乾き
度をスーパーヒート制御に利用した場合について説明し
たがそれに限定されるものではなく、例えば蒸発器の除
霜運転中は乾き度を所定値に保つ乾き度制御を行った
り、運転中の乾き度が所定値以下になった保護のために
圧縮機を停止する保護制御に利用する等、他の制御にも
利用可能である。

【００４４】また、上記第１〜第３の実施例において
は、バイパス回路５の一端を凝縮器２の出口から減圧器
（電動膨張弁３）の入口に至る管路の一部に接続したが
これに限定されるものではなく、液冷媒の割合が多くて
圧縮機１の吸入側より高圧となるところに接続すれば、
バイパス回路５の機能を有することができる。例えば減
圧器が２つに分割されている場合はバイパス回路５の一
端を２つの減圧器間の管路の一部に接続してもよく、ま
た減圧器がキャピラリチューブの場合ならば、キャピラ
リチューブの入口から出口までの管路上いずれかの位置
へ接続してもよい。すなわち、バイパス回路の一端を、
凝縮器出口から減圧器出口に至る管路に接続すること
で、本発明のバイパス回路の機能を有することができ
る。

【００４５】また、上記第２および第３の実施例におい
ては、減圧量可変の補助減圧器については、電動膨張弁
を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、
減圧量を制御できるものであれば、他の方式のものを用
いてもよい。

【００４６】また、本発明の飽和蒸気温度検出回路は、
フロン系冷媒に限らず非共沸混合冷媒であれば、他の冷
媒にも適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように本発明の
冷凍サイクルの制御装置は、凝縮器出口から減圧器出口
に至る管路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮
機入口に至る管路に接続したバイパス回路を配設し、こ
のバイパス回路に上流側から順に補助減圧器、冷媒加熱
手段、バイパス回路冷媒温度検出手段を設け、冷媒加熱
手段の加熱量を制御する加熱量制御手段、バイパス回路
冷媒温度検出手段により冷媒温度を所定周期で検出して
その変化量より飽和蒸気温度を判別する判別手段を有
し、蒸発器出口から圧縮機入口に至る管路に圧縮機吸入
冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機吸入冷媒温度検出
手段とバイパス回路冷媒温度検出手段で検出された温度
を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の時はスーパーヒー
ト量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度を算出する冷媒状
態算出手段を有し、この冷媒状態算出手段により算出さ
れた冷媒状態を用いて冷凍サイクルの制御を行う制御手
段を有することで、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイク
ルにおいて、冷凍サイクルの構成を複雑にすることなく
圧縮機吸入冷媒の状態を精度よく検出することができ、
これにより最適な冷凍サイクル制御の実現を図ることが
できる。

【００４８】また、凝縮器出口から減圧器出口に至る管
路に一端を接続し、他端を蒸発器出力から圧縮機入口に
至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパ
ス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイ
パス回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口から
冷媒温度検出手段設置位置に至る管路の一部と前記圧縮
機出口から前記凝縮器入口に至る管路の一部とを熱交換
的に接続し、前記補助減圧器の減圧量を制御する減圧量
制御手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒温
度を所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度を
判別する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口に
至る管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧
縮機吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検出
手段で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸
気の時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾
き度を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態
算出手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイク
ルの制御を行う制御手段を有することで、冷凍サイクル
中の熱を利用することができるので新たに加熱手段を付
加することなく圧縮機吸入冷媒の状態を精度よく検出す
ることができ、これにより最適な冷凍サイクル制御の実
現を図ることができる。

【００４９】また、凝縮器出口から減圧器出口に至る管
路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入口に
至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバイパ
ス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、バイ
パス回路冷媒温度検出手段を設け、補助減圧器出口から
冷媒温度検出手段設置位置に至る管路の一部を前記蒸発
器内に配設し、前記補助減圧器の減圧量を制御する減圧
量制御手段、バイパス回路冷媒温度検出手段により冷媒
温度を所定周期で検出してその変化量より飽和蒸気温度
を判別する判別手段を有し、蒸発器出口から圧縮機入口
に至る管路に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この
圧縮機吸入冷媒温度検出手段とバイパス回路冷媒温度検
出手段で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱
蒸気の時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は
乾き度を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状
態算出手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイ
クルの制御を行う制御手段を有することで、高温の加熱
源と熱交換せずにバイパス回路の冷媒を過熱蒸気にする
ことができるので、短時間で圧縮機吸入冷媒の状態を精
度よく検出することができ、これにより最適な冷凍サイ
クル制御の実現を図ることができる。

【００５０】

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍サイクルの制御装置の第１の実施
例における冷凍サイクル図

【図２】同実施例におけるＰ−ｈ線図上の冷凍サイクル
図

【図３】同実施例における冷媒温度の時間変化を示す特
性図

【図４】同実施例における制御のフロー図

【図５】同実施例における制御のフロー図

【図６】スーパーヒート量、乾き度と電動膨張弁の弁開
度変更量との関係図

【図７】本発明の冷凍サイクルの制御装置の第２の実施
例における冷凍サイクル図

【図８】同実施例における制御のフロー図

【図９】本発明の冷凍サイクルの制御装置の第３の実施
例における冷凍サイクル図

【図１０】本発明の冷凍サイクルの制御装置の第４の実
施例における冷凍サイクル図

【図１１】同実施例における制御のフロー図

【図１２】本発明の冷凍サイクルの制御装置をヒートポ
ンプサイクルに適用した場合の冷凍サイクル図

【図１３】従来の冷凍サイクルの制御装置の冷凍サイク
ル図

【図１４】同冷凍サイクルの制御装置におけるＰ−ｈ線
図上の冷凍サイクル図

【図１５】スーパーヒート量と電動膨張弁の弁開度変更
量との関係図

【図１６】従来の冷凍サイクルの制御装置における非共
沸混合冷媒を用いた場合のＰ−ｈ線図上の冷凍サイクル
図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ２ａ 熱交換器 ３ 電動膨張弁（減圧量可変減圧器） ４ 蒸発器 ４ａ 熱交換器 ５ バイパス回路 ６ 補助絞り（補助減圧器） ７ 加熱ヒータ（冷媒加熱手段） ８ 温度センサ（冷媒温度検出手段） ９ 温度センサ（圧縮機吸入冷媒温度検出手段） １０ 加熱ヒータ制御回路（加熱量制御手段） １１ 飽和蒸気温度算出回路（判別手段） １２ 弁開度演算回路（冷媒状態算出手段） １３ 膨張弁駆動回路（減圧量制御手段） １４ 電動膨張弁（減圧量可変の補助減圧器） １５ 熱交換部 １６ 補助蒸発器 １７ 圧力センサ（圧縮機吸入冷媒圧力検出手段）

フロントページの続き (72)発明者 小林 義典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−228839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−19650（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101911（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 F24F 11/02 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒として沸点が異なる２種類以上の冷媒
   を所定の比率で混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮
   機、凝縮器、減圧器、蒸発器を順に配管にて環状に連結
   して冷媒回路を構成し、凝縮器出口から減圧器出口に至
   る管路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入
   口に至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバ
   イパス回路に上流側から順に補助減圧器、冷媒加熱手
   段、バイパス回路冷媒温度検出手段を設け、前記冷媒加
   熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段、前記バイパ
   ス回路冷媒温度検出手段により冷媒温度を所定周期で検
   出してその変化量より飽和蒸気温度を判別する判別手段
   を有し、前記蒸発器出口から前記圧縮機入口に至る管路
   に圧縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機吸入
   冷媒温度検出手段と前記バイパス回路冷媒温度検出手段
   で検出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の
   時はスーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度
   を算出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態算出
   手段により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイクルの
   制御を行う制御手段を有する冷凍サイクルの制御装置。
2. 【請求項２】冷媒として沸点が異なる２種類以上の冷媒
   を所定の比率で混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮
   機、凝縮器、減圧器、蒸発器を順に配管にて環状に連結
   して冷媒回路を構成し、凝縮器出口から減圧器出口に至
   る管路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入
   口に至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバ
   イパス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、
   バイパス回路冷媒温度検出手段を設け、前記補助減圧器
   出口から前記バイパス回路冷媒温度検出手段設置位置に
   至る管路の一部と前記圧縮機出口から前記凝縮器入口に
   至る管路の一部とを熱交換的に接続し、前記補助減圧器
   の減圧量を制御する減圧量制御手段、前記バイパス回路
   冷媒温度検出手段により冷媒温度を所定周期で検出して
   その変化量より飽和蒸気温度を判別する判別手段を有
   し、前記蒸発器出口から前記圧縮機入口に至る管路に圧
   縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機吸入冷媒
   温度検出手段と前記バイパス回路冷媒温度検出手段で検
   出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の時は
   スーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度を算
   出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態算出手段
   により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイクルの制御
   を行う制御手段を有する冷凍サイクルの制御装置。
3. 【請求項３】冷媒として沸点が異なる２種類以上の冷媒
   を所定の比率で混合した非共沸混合冷媒を用い、圧縮
   機、凝縮器、減圧器、蒸発器を順に配管にて環状に連結
   して冷媒回路を構成し、凝縮器出口から減圧器出口に至
   る管路に一端を接続し、他端を蒸発器出口から圧縮機入
   口に至る管路に接続したバイパス回路を配設し、このバ
   イパス回路に上流側から順に減圧量可変の補助減圧器、
   バイパス回路冷媒温度検出手段を設け、前記補助減圧器
   出口から前記バイパス回路冷媒温度検出手段設置位置に
   至る管路の一部を前記蒸発器内に配設し、前記補助減圧
   器の減圧量を制御する減圧量制御手段、前記バイパス回
   路冷媒温度検出手段により冷媒温度を所定周期で検出し
   てその変化量より飽和蒸気温度を判別する判別手段を有
   し、前記蒸発器出口から前記圧縮機入口に至る管路に圧
   縮機吸入冷媒温度検出手段を設け、この圧縮機吸入冷媒
   温度検出手段と前記バイパス回路冷媒温度検出手段で検
   出された温度を用いて圧縮機吸入冷媒が過熱蒸気の時は
   スーパーヒート量を算出し、湿り蒸気の時は乾き度を算
   出する冷媒状態算出手段を有し、この冷媒状態算出手段
   により算出された冷媒状態を用いて冷凍サイクルの制御
   を行う制御手段を有する冷凍サイクルの制御装置。